淺析離心泵機械密封節能改造措施

彭宏達

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

離心泵因其具備結構簡單、維修方便等特點被廣泛應用于化工生產過程中，機械密封因具備使用壽命長、摩擦功耗小等有限，已經逐漸替代傳統填料密封成為離心泵中極為重要的結構，現階段，為進一步提升離心泵的使用效果，對其機械密封進行節能改造，降低離心泵故障的出現概率成為一項極為重要的工作。

1 離心泵機械密封結構組成與工作原理

1.1 離心泵機械密封的結構組成

如圖1所示為離心泵的機械密封組成結構示意圖，從圖中可以看出，離心泵的機械密封主要是由密封端面、緩沖補償機制與輔助密封圈這三部分構成，其中密封端面主要包括動環與靜環；緩沖補償機制主要是彈性元件，包括圓柱彈簧、薄片彈簧與波紋管等部分；輔助密封圈則主要包括動環密封圈與靜環密封圈，同時，對于集裝式密封，其輔助密封圈還包括壓蓋密封圈、軸套密封圈等部分。

圖1 機械密封結構示意圖

1.2 離心泵機械密封的工作原理

離心泵在應用過程中往往會由于流體運動產生較大的液壓力，機械密封裝置是一種由至少一對垂直于旋轉軸線的端面，在流體壓力與補償機構彈力作用下以及輔助密封的配合下，保持貼合并相對滑動狀態而構成的一種避免液體出現泄漏問題的裝置。

2 對機械密封結構進行節能改造的意義

離心泵是工業生產過程中較常用的一種動力機械裝置，被廣泛應用于化工、原材料加工等領域中，盡管這種設備在應用過程中具備可靠性高、使用壽命長等優點，但由于這一設備的主要工作環境較為復雜，很多離心泵常年工作在酸性或者堿性溶液中，使離心泵能夠保持在穩定的工作狀態中成為一項極為重要的工作。在這種情況下，機械密封結構應能夠將離心泵與外界環境進行隔離的結構，具有減輕離心泵摩擦損耗、降低泄漏問題出現等優點，已經成為當前保證離心泵正常工作的基礎。但需要注意的是，在離心泵機械密封結構日常應用的過程中，由于其中許多元件屬于常規易損零件，一旦這些零件在使用過程中失效，很大程度上會影響離心泵機械密封結構的使用效果，現階段，為避免機械密封結構失效問題的出現，對機械密封結構的失效原因進行了解，并對進行節能改造，已經成為當前提升離心泵的工作效率的關鍵。

3 對機械密封結構進行節能改造的方法

在離心泵機械密封結構的應用過程中，為保證機械密封結構與離心泵之間的配合足夠好，降低氣蝕、抽空等問題出現概率的同時，對離心泵工作過程中產生的振動、沖擊產生良好的緩沖效果，降低泄漏問題出現的可能性，本文以某化工企業用丙烯酸異辛酯酯裝置物料轉移運輸中懸臂式單級離心泵的機械密封改造優化情況為例，介紹了機械密封結構節能改造的具體方法，以期進一步提升機械密封的適應能力，提升離心泵的工作效果。

3.1 離心泵機械密封結構工作情況的介紹

在實際應用過程中，單級、單吸懸臂式離心泵會在三相異步電機帶動下，借助聯軸器實現連接運轉，這種離心泵配備的機械密封結構為波紋管機械密封，并且為保證離心泵的工作穩定性，離心泵機械密封配備了PLAN22+61沖洗方，機械密封沖洗液自泵出口引出，有可切換的雙聯過濾器和冷卻盤管換熱器，其中的冷卻水是由公用工程管網提供的。由于在離心泵工作過程中，丙烯酸酯生產傳輸的丙烯酸異辛酯重組分存在0.1Pa左右的壓力，此時，為保證機械密封能夠處于良好的工作狀態中，需要保證機械密封端面始終得到沖洗冷卻，為延長機械密封結構的使用壽命，機械密封面的動環采用耐腐蝕硬質合金材料，波紋管采用耐腐蝕的哈氏合金材質波片，密封環采用了耐高溫的柔性石墨環。在該結構實際應用工程中，為進一步延長機械密封的使用壽命，相關工作人員采用對過濾網進行一班一清洗，并且對冷卻水壓進行定期檢測的方式，降低離心泵出現故障的概率，需要注意的是，盡管這種工作方式在一定程度上保證了離心泵工作的穩定性，但由于離心泵與機械密封屬于生產過程中的關鍵性設備，并且出現損毀的概率比較大，因此，這種檢修方式不僅大大增加了工作人員的工作量，還會提升生產過程中時間、人力、物力資源的消耗量，進而提高生產成本。

3.2 離心泵機械密封結構機械方面的優化

現階段，為進一步提升離心泵機械密封結構的使用質量，相關工作人員可以從機械方面對其進行節能改造，從而達到節約資源的目的。

3.2.1 將單端面機械密封改為雙端面機械密封

在離心泵機械密封工作過程中，由于沖洗液是含有一定量固體顆粒物，隨著工藝生產時間的延長，顆粒物的含量會越來越高，因此在投入生產一段時間內，機械密封沖洗過濾器的清洗頻次會越來越高，最終無法保障密封沖洗管線的暢通，且沖洗孔為直徑3mm的小孔，在后期極易發生堵塞，堵塞發生后只能停用運行泵，并進行工藝隔離排凈物料后使用高壓泵進行疏通，疏通完成后延長使用時間無法保證，只有通過拆泵卸解體機械密封進行徹底清潔后才能保證較為可靠的延長使用時間。頻繁的切泵及物料排放清洗作業大大加重了操作人員的工作負擔，拆解清理工作浪費了大量的維修工時，雖然排放的物料可以通過再次進料回收，但無疑加大了單位產品的能耗。即使不發生堵塞，波紋管內外操均會沉積大量的焦炭物質導致完全沒有彈性，喪失補償能力，關鍵問題是密封無法得到潔凈的沖洗液，導致密封失效，針對對此離心泵使用使用雙斷面的機械密封輔以PLAN53A的沖洗方案，使用300#液態石蠟作為隔離液，使用0.35MPa低壓氮氣作為虹吸罐的壓力源，虹吸罐內部有循環冷卻水盤管，保證了密封端面摩擦產生的熱量及傳導熱量能及時帶走。

3.2.2 傳動結構的改進

原離心泵在結構式為單端面機械密封，且使用波紋管作為動環補償單元，軸向距離大于普通多彈簧機械密封，在改為雙端面機械密封后，由于機械密腔軸向距離不足，導致改造工作一籌莫展。眾所周知，機械密封廠家一般采用模塊化設計，零部件盡可能通用，這樣能大大節約采購和制造成本，密封的可靠性也能提高。如果因此原因單獨定制密封，結構上需要重新設計并對該模塊，導致密封試制成本高昂，而且可靠性無法有效保證，對此只能通過減少密封相關零部件減少軸向尺寸，最終通過評估，取消了原離心泵軸頂套，好處是密封的軸向和徑向的空間都得到緩解，缺點是機械密封直接頂在泵軸上，用葉輪鎖死，軸向位置無法調整，對安裝提出更高的要求，必須測量密封的軸向安裝位置，才能保證密封的壓縮量正確，由于每臺泵的軸向距離不一致，有每臺泵需要配套三個不同厚度的壓蓋墊，安裝時切忌用錯墊片。

3.2.3 密封圈材質的優化

在離心泵雙端面機械密封的使用過程中，經常會發生介質側有密封液滴漏的情況，經拆卸維修通過打壓發現該大氣端的靜環包氟密封圈處有泄漏，該位置的密封圈對耐腐蝕有一定要求，因為有一定的概率腐蝕性介質會反串到密封液內，由于包氟材質較硬隨使用時間和存儲時間回彈性降低，導致回彈性不足與靜環接觸面一旦在安裝和使用過程中發生相對滑動后密封圈易出現滲漏，同時，該介質對常用的氟橡膠有很強的溶脹作用，針對該情況進行調研后，將該密封圈材質升級為高氟橡膠圈，該材質具有較好耐高溫、耐腐蝕性能，在條件不是特別苛刻工況下可以替代進口的全氟醚橡膠圈，而材料成本大大低于全氟醚橡膠圈。

3.3 機械密封優化后的實務應用測試結果

通過上述結構改造優化工作后，將優化后的機械密封實務應用于離心泵工作中，盡管機械密封的使用壽命得到了延長，并且密封裝置并未出現明顯的故障，尤其是波紋管補償單元，內部使用潔凈的液態石蠟，不再沉積結焦物，外部在泵旋轉離心力的作用下實現自清潔功能，效果大大好于預期，長時間使用后簡單對波紋管外表清洗后也能繼續使用很長時間。但在使用過程中，這種優化后的機械密封裝置仍存在一定的缺點。具體來說，在安裝過程中，這種機械密封必須嚴格控制雙面密封的壓縮量的精確性，但由于在測量過程中會對測量精確性造成影響的因素比較多，因此，在實際應用過程中，這一裝置對安裝人員的專業素養要求較高。同時，在實際應用過程中，盡管該機械密封頂套和葉輪之間使用聚四氟乙烯密封環具備較強的抗腐蝕能力，但在實際應用過程中，這一部件的損壞可能性仍比較大。面對上述問題，相關工作人員可以將每臺泵的軸向的安裝尺寸進行測量，并在密封安裝包裝中包含所需要厚度的調整墊片并做好標識工作，降低安裝難度。頂套與葉輪間的密封圈在后續亦可以升級為全氟醚材質密封圈，在降低其損壞的可能性的同時，提升機械密封效果。

4 結語

總而言之，滲漏問題是當前石化生產過程中離心泵較常見的一種問題，這種問題的出現不僅會造成資源的浪費，還會對周邊工作人員以及設備的安全造成威脅，現階段，對離心泵機械密封進行節能改造已經成為提升離心泵工作效率、降低機械密封能耗、避免因離心泵介質泄漏出現資源浪費以及造成環境污染的關鍵點之一。